克莱尔·贾维斯会谈科学家试图寻找新的药物来治疗遗传性肺条件
仍然没有治疗囊性纤维化。尽管改善治疗延长病人寿命,CF患者2013 - 17在英国生平均寿命低于50。在英国,大约有10500人有囊性纤维化,根据囊性纤维化的信任。60 - 80%的囊性纤维化患者遭受慢性呼吸道感染,常造成的铜绿假单胞菌或金黄色葡萄球菌细菌。一旦肺部感染,细菌迅速分化为菌子,对抗生素产生抗药性,变得难以治疗。目前抗生素治疗策略相当于击垮整个网站从轨道上电池的药物,一种方法会导致严重的副作用,在许多情况下,细菌持续存在。
慢性肺部感染破坏上皮细胞表面,导致炎症,影响肺功能的能力。据估计超过80%的囊性纤维化患者死于这些类型的慢性肺部感染。有很多我们不懂如何这些细菌殖民和传播在肺内,和bacteria-bacteria互动如何影响他们对抗生素的敏感性。
幸运的是,科学家们发现新方法模型在肺部感染细菌行为和获得深入了解感染和抵抗治疗。这些发现可能会帮助CF患者获得更长的寿命和更健康的生活。
囊性纤维化是由突变引起的囊性纤维化跨膜电导调节(雌性生殖道CFTR基因影响的生产检测蛋白质。这种蛋白质形式在整个身体调节细胞膜离子通道的离子和水分子进出细胞。当雌性生殖道蛋白不正确传输离子的能力被破坏,影响盐离子和水平衡的内部和外部的细胞。这种不平衡导致浓厚的粘液在肺、胰腺和其他器官。从呼吸道粘液咳嗽痰。
粘液,不清楚是一个滋生细菌,导致这些CF患者的慢性肺部感染。这也是治疗药物很难渗透粘液和消灭细菌。
有多少细菌?
了解细菌感染的第一步是量化的。美国国立卫生研究院共同基金人类微生物组计划(HMP)成立于2008年,描述健康人类微生物群和调查其在疾病中的作用。第一阶段的项目特征的口腔、肠道和皮肤微生物,但没有研究肺。在培养皿中培养肺样本识别细菌的传统方式——什么也没显示,因此科学家们认为健康的肺是无菌的。后续有更多先进的测序技术研究表明,事实上多种细菌物种生活在健康的肺。
然而,一个健康的和不健康的肺部微生物之间的差异是现在一个非常有争议的领域,安解释说,药物发现囊性纤维化基金会高级总监,美国非营利组织。一些研究的生物识别列表出现在肺没有感染,但其他研究发现相当大的重叠的类型和数量的生物健康和肺部感染。陪审团还是否有一个“健康的肺部微生物”,“现场说。
量化细菌的最常见的方法是用16 s rRNA核糖体RNA基因测序,在PCR放大16 s rRNA基因存在于从痰收集DNA样本。16 s rRNA基因存在于所有细菌,并充当一个条形码为不同的物种。
当他们进行16 s rRNA测序从77囊性纤维化患者痰,埃默里大学和佐治亚理工学院的研究人员,在亚特兰大,我们发现的存在假单胞菌,葡萄球菌和无色菌大量与CF患者肺功能降低,同时增加了微生物多样性与肺功能的改善。但是他们也发现这些趋势异常。
使用基于dna的方法存在一些缺陷量化细菌在肺部。CF患者很多主机和细菌的DNA存在于样品,但是大量的DNA可能不能代表实际的细菌组成。的细菌DNA积累以不同的速率不同的稳定性;很多航空公司做出很好的DNAases bug,因此他们倾向于降低周围的DNA。而等病原体假单胞菌迈克尔•Surrette说DNA不断积累,安大略省的麦克马斯特大学的微生物学教授,加拿大。
量化细菌Surrette认为更准确的方法是寻找细菌RNA。RNA-based测序方法的缺点是虽然它给一个更准确的快照的物种存在,RNA并不稳定,半衰期为分钟。从痰中提取RNA也是困难的。痰是最糟糕的样本要做到这一点,”瑟特说。他的团队开发了一个协议,唾液分解矩阵,企稳前RNA扩增和测序,只需要不到5分钟来执行。
抗生素耐药性
超过50%的美国成年人CF感染假单胞菌,其中约三分之一是耐多药。假单胞菌是一个投机取巧的病原体,只有感染免疫系统低下的人。有多种机械的通路,通过它假单胞菌获得抗生素耐药性。假单胞菌的保护生物膜形成的习惯增加了难以根除。
研究阻力,史蒂夫Diggle乔治亚理工学院的团队了假单胞菌生物膜与合成塑料珠子痰媒体在50天。他们发现,在一个月之内假单胞菌有足够的IasR基因的突变——促进毒性蛋白的创建——获得宽容一些beta-lactam抗生素,即使样品没有使用抗生素治疗。
Diggle的实验室还显示,更激进的菌株假单胞菌释放pyocins扼杀竞争假单胞菌菌株。这样可以确保最剧烈的和致命的毒株主宰CF患者的肺部。
我用宇宙中星系的例子:有很多人但大多数相距太远从彼此交互
另一个复杂因素是,肺中的多个微生物的存在会影响他们抵抗抗生素的能力。一株细菌培养和纯化从病人样本可能会显示特定抗生素敏感性的菜,但出现耐药,治疗感染一个幼童腹壁薄弱的上下文中。的含义是,这些微生物相互作用在某种程度上改变他们的生物学和生理学,这样它们就不会对抗生素敏感,”乔治•奥图尔说,美国新罕布什尔州达特茅斯大学的微生物学家。
奥图尔的实验室寻找社区内槽关系幼童腹壁薄弱。一个细菌物种可以食品的浪费代谢物。使用计算机模拟和已知的细菌和选择已存在的营养,他的团队可以社区模型交换和代谢物的积累在幼童腹壁薄弱。他们发现,假单胞菌常常成为占主导地位的细菌生长,但罕见病原体的存在也吃同样的食物代谢产物假单胞菌可能阻碍经济增长。这些微生物的相互作用如何影响抗生素敏感性尚不得而知。
并不是所有的科学家都认为,肺微生物在多个微生物相互作用的存在。“我用宇宙中星系的例子:有很多人但大多数相距太远从彼此互动,”迪格说他认为相同的细菌菌落可以真正的肺。他认为,在培养皿中看到两个细菌物种之间的相互作用并不意味着他们通常相互作用于肺。
基本上每药物发现程序运行观察抗生素治疗单一微生物的能力在一个文化,”O ' toole说,谁不认为这是一种有效的方法在CF几乎每个病人感染了幼童腹壁薄弱。我们需要考虑药物发现管道实际上你寻找药物的上下文中,将有效的混合感染。
造型CF肺
囊性纤维化时的另一个挑战是有效地模拟疾病和不健康的肺内微环境。肺很难形象和分析时仍在使用。咳嗽痰时分析,临床医生不知道肺样本来自的一部分,还是从多个位置的混合细菌菌落。没有有效的模型,科学家不能有效研究和发展更好的治疗疾病。
“与人类CF患者,CF老鼠无法发展自发肺部疾病或慢性细菌感染。2 d细胞培养模型也不包含许多呼吸道疾病的机制和治疗反应,”肖恩·墨菲说,在威克森林再生医学研究所生物在南卡罗来纳,美国。
执行实时实验生活肺几乎是不可能的,所以一些研究人员创建了小型化器官研究。美国马萨诸塞州的哈佛大学的研究人员花了许多年建筑organs-on-a-chip设备模拟生理条件。他们的器官芯片微流控文化设备有两个空心平行通道小于一毫米宽。他们由涂有多孔膜是细胞外基质调节细胞粘附在体内和体外的行动。他们大小的计算机记忆棒,拇指驱动器,”唐纳德·因格贝尔说,创始主任哈佛大学生物工程研究所。结果,3 d器官的主要功能单元的横截面。他们有个人肺芯片站在肺泡,气囊和航空公司。
Wyss研究所的肺芯片项目开始于2018年与囊性纤维化基金会的资助。当研究人员把肺内皮细胞从CF患者到芯片迷你器官产生厚粘液,和毛细运动异常和炎症反应更大。因格贝尔说,他们将使用这些芯片反向工程疾病过程中通过改变生理变量。
有希望肺芯片可以帮助解释CF肺部炎症的机制。“有证据表明,CF炎症反应夸张或抑制独立于CF的肺部疾病,”墨菲指出,尽管慢性细菌感染和损伤炎症反应也产生重大影响。他的团队已经建立了自己的lungs-on-a-chip系统,可以使用不同的组合CF或non-CF免疫细胞和上皮细胞更好地理解机制的炎症CF肺和免疫系统。
调节器
尽管许多悬而未决的问题关于疾病的潜在生物学及其伴随慢性感染、囊肿性纤维化的治疗和管理正在经历一场巨大的范式转变最近引入的雌性生殖道调制器的药物。他们被称为调节器,因为他们调节雌性生殖道的功能蛋白质,这样它就可以为其主要功能:创建一个通道,氯离子在细胞表面流动。
适当的氯化流恢复时,肺内的粘液变得水化和其他器官。氯化尽管当前调制器的药物没有完全恢复正常流动,他们可以改善流足够为CF患者缓解症状。Symkevi -一个药物从顶点药品是调制器的组合药物ivacaftor和tezacaftor批准于2018年12月在欧盟使用。Trikafta——治疗后,顶点在第三个调制器elexacaftor——这是FDA批准的药物在2019年10月。欧洲药品局仍在审查申请授权,并将在2020年底作出决定。
我们不能让我们的警惕
Trikafta批准12岁及以上的老年人患者至少有一个F508del CFTR突变的检测基因,这是囊性纤维化患者的90%左右。在临床试验中,两个副本F508del突变增加了3.4%的肺功能在治疗与安慰剂组相比Symkevi。人Trifkafa有额外增加10%比病人服用Symkevi肺功能。
除了调节器有几种类型的疗法针对雌性生殖道蛋白质的不同方面,尽管这些尚未批准广泛使用。电位器是雌性生殖道调节器,门敞开着所以氯可以穿过细胞膜。校正帮助雌性生殖道蛋白形成正确的三维形状,这样就能够交通离子在细胞表面。最后,雌性生殖道放大器增加雌性生殖道的数量蛋白质在细胞表面。如果细胞让更多的雌性生殖道蛋白质,它增加跨细胞膜氯离子的流动。放大器,它正在开发和测试,还没有商业化。
尽管周围的乐观CF患者的改善结果的到来调制器药物,Surrette警告称,调节器可能导致一系列新的感染问题。即使这些调节器清除粘液在成人CF患者肺,从过去的感染和急性加重瘢痕会依然存在,这意味着CF的肺将从未像健康的肺。研究人员不确定如果病人在雌性生殖道调节器将获得永久健康的肺部微生物,或者如果病原体最终将返回。“这将是一个潜在的新环境病原体,我们之前没见过。我们不能自己放松了警惕,”Surrette说。
克莱尔·贾维斯是一个基于科学作家在亚特兰大,我们
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